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Impianti Meccanici 1

Trattamenti delle acque Trattamenti delle acque primarieprimarie


Impianti di trattamento delle acque primarie

IMPUREZZE DELL’ACQUA PRIMARIA

Classificazione

Per “corpo idrico” si intende una massa d’acqua che presenti proprie caratteristiche idrologiche, fisiche,chimiche, biologiche.

Sono corpi idrici i corsi d'acqua naturali e artificiali, i laghi, il mare, le falde acquifere sotterranee




In vista di un loro impiego nell'industria, le acque naturali sono anche indicate come primarie, nel senso che costituiscono la fonte di alimentazione dei circuiti dell'acqua tecnologica, potabile, antincendio.

L'acqua naturale o primaria contiene, oltre ai suoi naturali componenti, quantità variabili di sostanze disciolte e/o sospese, denominate impurezze.




I tipi di impurezze più frequentemente presenti nelle acque sono costituiti da:

a) sostanze sospese nell'acqua, quali sabbie, argille, detriti organici: rendono l'acqua torbida od opalescente;

b) sostanze disciolte nell'acqua, quali sali minerali e sostanze organiche: sono generalmente invisibili a occhio nudo; in particolare, i sali alcalino-terrosi(calcio e magnesio) sono alla base della durezza dell'acqua.




c) gas disciolti, quali ossigeno, azoto, anidride carbonica e solforosa, la cui solubilità nell'acqua dipende dalla temperatura e dalla pressione.




Sovente, l'acqua primaria, per il fatto di contenere le impurezze sopra elencate (o alcune di esse), deve essere sottoposta a trattamenti di natura meccanica, fisica o chimica, atti a renderla rispondente ai requisiti richiesti dagli impieghi cui è destinata.




I trattamenti - sui quali ci soffermeremo in seguito -vengono scelti in relazione al tipo ed al grado di depurazione richiesti per l'acqua destinata ai diversi impieghi: ragione per cui è sovente necessario prevedere trattamenti separati dell'acqua, a seconda delle utenze da alimentare.




A titolo esemplicativo, citiamo alcuni casi specifici:

- nelle centrali termiche, per la produzione di vapore, l'alcalinità ammissibile varia da 10 a 0,1 ppm (in relazione alla pressione del vapore) e il tenore massimo di ossigeno è di 0,03 ppm;

- per i trattamenti galvanici necessita acqua demineralizzata;

- per i raffreddamenti occorrono acque a bassa durezza (10°- 15°F), con leggera soprassaturazione in CaCO3, bassa salinità, assenza di microorganismi (quali alghe e batteri), solidi sospesi e sostanze corrosive




L'INQUINAMENTO DELLE ACQUE DI SCARICO

In generale, le acque residue scaricate dalle industrie, dalle città, dalle aziende agricole, risultano inquinate, vale a dire contengono sostanze che ne modificano le caratteristiche chimico-fisiche e possono provocare danni o costituire un pericolo per gli uomini, gli animali, la flora: di conseguenza, possono alterare l'equilibrio ecologico.



ELIMINAZIONE DELL’ANIDRIDE CARBONICA

ELIMINAZIONE DELL’OSSIGENO

AEREAZIONE DELL’ACQUA

DEFERRITIZZAZIONE

DEMANGANIZZAZIONE

ADDOLCIMENTO


DECARBONATAZIONE

DEMINERALIZZAZIONE

SCAMBIATORI IONICI

TRATTAMENTO DELL’ACQUA PER USI POTABILI

DISSALAZIONE DELLE ACQUE DI MARE E SALMASTRE

Distillazione (“ multiflash “)

Elettrodialisi

Osmosi inversa

Trattamenti Trattamenti delle acque delle acque

primarieprimarie



ELIMINAZIONE DELL’ANIDRIDE

CARBONICAEliminazione dell’anidride carbonica

L’acqua contiene gas disciolti quali anidride carbonica, ossigeno ed azoto Le acque sotterranee sono piu’ ricche di anidride carbonica libera delle acque superficiali La riduzione del tenore di CO2 sciolta nell’acqua puo’essere ottenuta con i seguenti procedimenti :

- Aerazione- Neutralizzazione con reattivi basici- Neutralizzazione con filtrazione su prodotti alcalino terrosi.




CARBONICA

AEREAZIONE

L’acqua viene suddivisa in pioggia e posta a contatto con aria eventualmente insufflata mediante ventilatori

In tale modo l’anidride carbonica si separa dall’acqua.




CARBONICA

NEUTRALIZZAZIONE CON REATTIVI BASICI

L’aggiunta di carbonato di sodio all’acqua provoca le seguente reazione :

Na2CO3 + CO2 + H2O <-> 2NaHCO3

Con questo sistema si elimina la CO2 libera ma si introduce nell’acqua del bicarbonato di sodio che in

taluni casi puo’ non essere accettabile.




CARBONICA

NEUTRALIZZAZIONE MEDIANTE FILTRAZIONE SU PRODOTTI ALCALINO TERROSI ( es. polvere di marmo )

L’anidride carbonica trasforma il CaCO3 in bicarbonato, che passa in facilmente in soluzione :

CaCO3 + CO2 + H2O <-> Ca(HCO3)2

Con questo sistema si elimina la CO2 libera ma si fa aumentare la durezza temporanea dell’acqua


ELIMINAZIONE DELL’ANIDRIDE CARBONICA


primarieprimarie

Riduzione del tenore di anidride carbonica contenuta nell’acqua per aerazione


eg1


ELIMINAZIONE DELL’OSSIGENO

L’ossigeno disciolto nell’acqua è molto corrosivo, specialmente a temperature elevate.

Per l’acqua destinata a caldaie si ricorre al riscaldamento fino a 100 °C in torri cilindriche liberando l’ossigeno e gli

altri gas disciolti.

Diapositiva 17

eg1 Completare con reazioni chimiche di pag II/1318egiacomelli; 19/02/2007



primarieELIMINAZIONE DELL’OSSIGENOprimarie

Il fluido riscaldante ècostituito da vapore il quale incontra l’acqua che scende dall’alto, lungo piani sovrapposti

Impianto per il degasaggiotermico dell’acqua



AERAZIONE DELL’ACQUA

Si può aerare l’acqua con uno dei seguenti sistemi :

a) frazionamento dell’acqua

b) pioggia d’acqua su ripiani sovrapposti, con o senza ventilazione meccanica

c) Frazionamento e caduta dell’acqua su ripiani sovrapposti.


AERAZIONE DELL’ACQUA


primarieprimarie

Frazionamento dell’acqua per ottenerne l’aerazione



primarie

AEREAZIONE DELL’ACQUA

primarie

Aeratore a frazionamento ed a cascata



ADDOLCIMENTO, DECARBONATAZIONE, DEMINERALIZZAZIONE

Le acque impiegate nell’industria contengono ioni disciolti; è necessario eseguire sulle acque stesse uno dei seguenti trattamenti :

- Addolcimento : consiste nell’abbattimento della durezza temporanea ( bicarbonati di Ca e Mg ) e permanente ( ioni calcio e magnesio ). - Decarbonatazione : consiste nella eliminazione totale o parziale della durezza temporanea costituita dai bicarbonati alcalino terrosi ( Ca e Mg );- Demineralizzazione : consiste nella eliminazione della salinità dell’acqua



ADDOLCIMENTO, DECARBONATAZIONE, DEMINERALIZZAZIONE

1) Per precipitazione chimica 2) Per scambio ionico Precipitazione chimica : aggiungere all’acqua un reattivo solubile che agendo con gli ioni indesiderabili contenuti

ione fino alla solubilità dei

Scambio ionico

nell’acqua porti alla precipitazprodotti di tale combinazione

: sostanze come alcune terre naturali o zeoliti, hanno nella loro struttura molecolare, gruppi acidi

re ioni di uguale segno in

Tali trattamenti sono realizzati in due modi diversi :

o basici in grado di scambiasoluzione nell’acqua da trattare.


Precipitazione chimica


primarieprimarie

Addolcimento

Decarbonatazione

Demineralizzazione

Decarbonatazionea freddo della durezza calcica



primarieprimarie

Scambio ionico

Sostanze (zeoliti o resine sintetiche ) suscettibili di scambiare gli ioni positivi o negativi fissati nel loro reticolo molecolare con ioni dello stesso segno.



primarie

SCAMBIATORI IONICI

primarie

Addolcimento mediante scambiatore cationico

I Sali contenuti nell’acqua si trasformano in sali di sodio



DISSALAZIONE DELLE ACQUE DI MARE

GENERALITA’Le acque di mare e le acque salmastre contengono sali minerali disciolti. Cloruri di sodio e di magnesio, solfati di magnesio, di calcio e di potassio, carbonato di calcio, bromuro di magnesio. Il tenore in Sali disciolti (salinità ) è misurato in ppm o in mg/l.L’acqua marina contiene da 35000 a 42000 mg/l di Sali minerali disciolti.



DISSALAZIONE DELLE ACQUE SALMASTRE

GENERALITA’( sia superficiale che sotterranea ) ha un L’acqua salmastra

tenore di sali disciolti inferiore a quello dell’acqua marina.Con riferimento alle acque salmastre più frequentemente disponibili, la salinità è compresa fra 2000 e 10000 mg/l.

L’acqua destinata ad usi potabili non dovrebbe contenere più di 500 mg/l di sali disciolti ( come

suggerisce l’Organizzazione Mondiale della Sanità )

Fra i numerosi procedimenti di dissalazione, citiamo quelli più applicati e che richiedono minori consumi di energia.



DISSALAZIONE DELLE ACQUE DI MARE E

SALMASTREDistillazione con evaporazione istantanea a stadi

multipli ( “multiflash” )Procedimento utilizzato per produzioni elevate di acqua dissalata ( centinaia di migliaia di metri cubi / giorno ).

Un recipiente contiene dell’acqua marina ad una certa temperatura; si fa diminuire la pressione nel recipiente fino a che la tensione di vapore ne provoca l’evaporazione.

L’impianto che realizza il procedimento è composto di un certo numero di recipienti, isolati termicamente all’esterno, disposti in serie, nei quali si produce l’evaporazione.




SALMASTRE

Distillazione con evaporazione istantanea a stadi multipli ( “multiflash” )

L’acqua marina è riscaldata sotto pressione, senza evaporazione, quindi introdotta negli stadi sotto vuoto

parziale, dove circola in successione. In tali stadi la pressione e la temperatura descrescono

via via e, nell’ultima, si realizza un vuoto spinto. La circolazione avviene sotto l’influenza del gradiente di

pressione.




SALMASTRE

Distillazione con evaporazione istantanea a stadi multipli ( “multiflash” )

In ogni recipiente si produce del vapore che condensa nella parte superiore a contatto di un fascio tubiero nel quale scorre l’acqua di alimentazione preriscaldandola.

Il costo minimo del metro cubo di acqua dolce prodotto si ottiene individuando il numero di stadi ottimali :

la somma dei costi dovuti al consumo di energia ed all’ammortamento dell’investimento iniziale deve risultare minima.


DISTrattamenti Trattamenti delle acque delle acque

primarie

SALAZIONE DELLE ACQUE DI MARE E SALMASTREprimarie

Distillazione con evaporazione istantanea a stadi multipli (“ multiflash “)




SALMASTRE

ELETTRODIALISI

Nel fenomeno dell’elettrodialisi un’acqua salmastra (ricca di ioni ) è sottoposta ad un campo elettrico creato da due elettrodi. Gli anioni si dirigono verso l’elettrodo positivo (anodo). I cationi verso l’elettrodo negativo (catodo).Tra i due elettrodi si interpongono delle membrane selettive permeabili agli anioni ( membrane anioniche ) o ai cationi ( membrane cationiche o negative ).




SALMASTRE

Gli ioni positivi ( Na+ ) attratti dal polo negativo, attraversano solo le membrane negative.

Gli ioni negativi ( Cl- ) attratti dal polo positivo, attraversano solo le membrane positive

In una cella a tre compartimenti gli elettrodi sono collocati nelle celle 1 e 3.

Una membrana anionica separa i comparti 1 e 2 ed una membrana cationica separa i comparti 2 e 3.

ELETTRODIALISI




SALMASTRE

Se l’elettrodo nel comparto 3 funziona da anodo sia gli anioni che i cationi si accumulano nel nel compartimento 2.

Quando la corrente viene invertita cationi ed anioni escono dal compartimento 2 e l’acqua in esso contenuta risulta dissalata, mentre nei compartimenti adiacenti si

arricchisce di sale.

ELETTRODIALISI



primarie

DISSALAZIONE DELLE ACQUE DI MARE E SALMASTREprimarie

Elettrodialisi – Membrane selettive permeabili




SALMASTRE

In pratica si realizzano impianti costituiti da numerosi compartimenti separati alternativamente da membrane

permeabili ai cationi ed agli anioni.

L’elemento base, chiamato “coppia di celle” consiste di due compartimenti, uno di diluizione e uno di

concentrazione, e in due membrane, una a scambio anionico ed una a scambio cationico.

ELETTRODIALISI



primarie

DISSALAZIONE DELLE ACQUE DI MARE E SALMASTREprimarie

Elettrodialisi – Schema di una unità di elettrodialisi




SALMASTRE

OSMOSI INVERSADue soluzioni acquose, aventi concentrazioni saline differenti, sono separate da una membrana semipermeabile ( permeabile all’acqua pura, ma non alle sostanze disciolte o alle particelle colloidali ). Dalle due parti della membrana si stabilisce una differenza di pressione, evidenziata da una differenza di livello tra le due soluzioni. L’acqua attraversa la membrana dal compartimento in cui la concentrazione salina è minore verso quello in cui la concentrazione è maggiore.La pressione dell’acqua salina aumenta.




SALMASTRE

Il flusso d’acqua attraverso la membrana tende a diminuire fino a cessare completamente quando la

contropressione esercitata dalla colonna d’acqua della soluzione più concentrata raggiunge un valore limite.

“ Equilibrio osmotico “.

OSMOSI INVERSA

Se sulla soluzione concentrata ed in equilibrio si esercita una pressione esterna superiore alla pressione osmotica, si verifica la inversione del flusso e pertanto la soluzione

si concentra ulteriormente.


Osmosi inversa – Equilibrio osmotico


primarieprimarieDISSALAZIONE DELLE ACQUE DI MARE E SALMASTRE




SALMASTRE

Su tale principio si basa il metodo della dissalazione detto di osmosi inversa.

Con membrane in acetato di cellulosa o in poliammide si può ottenere, da acque salmastre, acqua dolce contenente meno del 10% della salinità iniziale.

OSMOSI INVERSA


Osmosi inversa


primarieprimarieDISSALAZIONE DELLE ACQUE DI MARE E SALMASTRE


Altri sistemi di dissalazione :

Termocompressione

Distillazione solare

Congelamento


primarieprimarie


ResineTrattamenti Trattamenti delle acque delle acque

primarieprimarie




SALMASTRE

- natura e concentrazione dei sali disciolti nell’acqua; - portata di acqua da dissalare;

- risorse energetiche disponibili in loco e loro costo;- costi unitari di produzione dell’acqua pura;

- grado di purezza dell’acqua ottenuta;- referenze tecnico-economiche relative ad impianti già

funzionanti.

SCELTA DEL PROCESSO DI DISSALAZIONE



FINE DELLA LEZIONE



Commento

TITOLO PARAGRAFO

Testo 1 Testo 2 Testo 3Testo 4 Testo 5Testo 6

TITOLO SLIDE

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